Statistics of Ice Nucleation Conditions in Mixed-Phase Clouds
Final Report Abstract
In diesem Projekt wurden die Bedingungen für Eisnukleation in Mischphasen mit numerischer Modellierung untersucht. Eine zentrale Frage war, welche der möglichen verschiedenen Eisnukleationsprozesse dominant ist. Dafür mussten zunächst adäquate Parameterisierungen für alle Prozesse gefunden und im Modell eingebunden werden. Hierzu wurden Labormessungen aus anderen Teilprojekten der Forschergruppe herangezogen. In Simulationen einer Reihe von verschiedenen Mischphasentypen zeigte sich, dass Immersionsgefrieren (ein heterogener Nukleationsprozess, bei dem das Gefrieren durch einen Aerosolpartikel im Inneren eines Tropfens ausgelöst wird) in allen betrachteten Wolkentypen dominiert. Kontaktgefrieren (Gefrieren von Tropfen, die mit einem Aerosolpartikel kollidieren) kann an den Rändern von Wolken wichtig sein. Für den speziellen Fall von biologischen Eiskeimen, die bei hohen Temperaturen aktiv sind, konnte gezeigt werden, dass es zwei verschiedene Regime gibt, in denen Bedeutung dieser Partikel für die Eisbildung in Wolken auf verschiedene Art und Weise beschränkt ist: in den untersten atmosphärischen Schichten eine Begrenzung durch zu hohe Temperaturen, und in höheren atmosphärischen Schichten durch zu geringe Konzentrationen. Schließlich wurde in Schließungsexperimenten versucht, ausgehend von simulierten Aerosolkonzentrationen und –zusammensetzungen mit laborbasierten Eisnukleationsparameterisierungen gemessene Eiskristallkonzentrationen und die Zusammensetzung von Eisresidualpartikeln zu reproduzieren. Obwohl ein Datensatz gewählt wurde, in dem die meteorologische Situation möglichst einfach war und sehr viele Messungen vorhanden waren, so dass verschiedene Aspekte der Modellergebnisse validiert werden konnten, erwies sich diese Schließung nach wie vor als schwierig. Es konnten schließlich einige Szenarien ausgeschlossen werden und Aussagen über den wahrscheinlichen Bereich der Eisaktivität (und eine Hypothese für deren Zustandekommen durch Beschichtungen) der in Wolkenhöhe angetroffenen Partikel gemacht werden.
Publications
- (2012): Heterogeneous ice nucleation on atmospheric aerosols: A review of results from laboratory experiments. Atmospheric Chemistry and Physics 12, 9817-9854
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Ullrich, R.; Hoose, C.; Cziczo, D. J.; Froyd, K. D.; Schwarz, J. P.; Perring, A. E.; Bui, T. V.; Schmitt, C. G.; Vogel, B.; Rieger, D.; Leisner, T.; Möhler, O.
(See online at https://doi.org/10.1175/JAS-D-18-0034.1)
